基于压缩感知的协作通信系统容量研究

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1、天津大学硕士学位论文基于压缩感知的协作通信系统容量研究CapacityAnalyzingforCompressedSensing-BasedCooperativeCommunicationSystem领域：信息与通信工程研究生：崔阳然指导教师：付晓梅副教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月中文摘要利用中继协作转发信息，可以有效解决无线传输中由于多径衰落造成的信号衰减问题，提高系统的信道容量、系统能效等性能。在大多数传统放大转发协作通信系统中，尤其是多源多中继协作通信系统，中继都是在正交的信道中进行传输的，以此

2、来避免传输信号之间的相互干扰问题。虽然正交信道中传输可以增强信号的抗干扰性，但同时也会限制系统的吞吐量。压缩感知的主要思想是压缩和采样同时进行。只要信号在某个变换域是稀疏的，就可以找到一个与变换基不相关的测量矩阵将原始的高维信号投影到一个低维空间上，然后通过合适的重构算法就可以高概率重构出原始信号。本文将压缩感知技术应用到了协作通信系统中，将信道增益调制后的接收信号与信道噪声的混合叠加过程与压缩感知中的测量矩阵对应，实现多路信号在非正交信道上的同时传输。本文提出了一种基于压缩感知的协作通信系统模型，该模型包含多个源

3、节点，多个中继节点和一个目的节点，模型采用放大转发中继协议。论文论证了将传输信道矩阵作为压缩感知的测量矩阵的可能性，并推导了基于该模型的信道容量，仿真分析了中继个数的变化对接收端重构误差的影响，以及协作中继个数、稀疏性等参数对系统信道容量的影响。在此基础上，论文提出了一种基于该系统模型的中继总发射功率受限情况下的中继功率优化分配算法，仿真结果表明相比于平均功率分配，中继功率优化分配后的信道容量得到了有效改善。关键词：协作通信；压缩感知；功率分配；容量ABSTRACTRelay’scooperationcanbeus

4、edtosolvethewirelesstransmissionofthesignalattenuationcausedbymultipathfadingeffectivelyandimprovethechannelcapacityofthesystemandthesystemenergyefficiency.Inthemostconventionalamplify-and-forwardcooperativecommunicationsystem,especiallyinthemulti-sourceandmul

5、ti-relaycooperativesystem,usersareallocatedorthogonalchannelstoavoidinterference.Althoughthesignalsthatallocatedorthogonalchannelenhancethecapabilityofavoidinginterference,itlimitsthethroughputofthesystematthesametime.ThemainideaofCSisthatbyacquiringarelativel

6、ysmallnumberofsamplesinthe“sparse”domain,thesignalofinterestcanbereconstructedwithhighaccuracythroughasuitablereconsitutionalgorithm.Inordertotransmitthesignalinnonorthogonalchannelatthesametime,weconsiderstheapplicationofcompressedsensing(CS)totheconventional

7、cooperativesystem.Themixtureofreceivedinformationsymbolsmodulatedbytheirownchannelgainsandnoiseisconsideredasthemeasurementmatrix.Inthecooperativecompressedcommunicationsystemthatweproposed,therearemulti-sourcenodes,multi-relaynodesandonedestinationnodewithAFc

8、ooperativescheme.Weprovedthatthetransmissionmatrixobeythemeasurementmatrixruleandanalyzedthechannelcapacityofthesystem,moreover,wesimulatedtheeffectsoftherelayonthereconstructioner